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技術科:你知道51單片機如何存儲程序嗎

2021-03-24 來源:21IC

MCS-51使用哈弗結構,它的程序空間和數據空間是分開編址的,即各自有各自的地址空間,互不重疊。所以即使地址一樣,但因為分開編址,所以依然要說哪一個空間內的某地址。而ARM(甚至是x86)這種馮諾依曼結構的MCU/CPU,它的地址空間是統一并且連續的,代碼存儲器/RAM/CPU寄存器,甚至PC機的顯存,都是統一編址的,只是不同功能的存儲器占據不同的地址塊,各自為政。

 

好,說回MCS-51。

 

對于程序存儲器,有片內和片外兩部分。而且無論片內程序存儲器,還是片外程序存儲器,他們的地址是共享的。如果片內4k ROM的話,地址就是0x0000-0x0FFF,從0x1000-0xFFFF就是外部ROM的地址空間。可外部ROM的0x0000-0x0FFF的這一部分是否使用呢,這取決于單片機EA引腳的電平值。EA=1時就是使用內部ROM的這一部分,外部ROM的這一部分浪費不用;EA=0時就是使用外部ROM的這一部分,內部ROM浪費不用。從CODE段讀取數據要使用匯編的MOVC指令,單片機會根據MOVC指令、EA狀態、要讀取的地址值,來自動地判斷從什么存儲器里取數據。 

                                              image.png

 

對于數據存儲器,則分為內部數據存儲器(IDATA/RAM)和外部數據存儲器(XDATA)兩個部分,但這兩個存儲器就不像code存儲器那樣共享地址空間的了。一般的8051芯片,內部RAM只有128B,從0x00-0x7F,而從0x80-0xFF則是SFR(CPU工作寄存器和各種外設寄存器都在此)的區域。對于8052來說,內部RAM有256B,所以0x80-0xFF是高128B的RAM在使用。可這部分不是SFR專用的嗎?是SFR專用,但注意,SFR的訪問只能使用“直接尋址方式”(使用特定的匯編指令來實現),區別就在這里。只有通過直接尋址訪問的地址才是SFR,否則就是普通的RAM。至于外擴的RAM(XDATA),地址也是從0x0000-0xFFFF的,而且這里的0x0000和內部RAM的0x00是不同的,是完全獨立的兩個空間。他們的訪問方法也是不同的。MCS-51使用MOVX指令,來讀寫XDATA區。而且,訪問XDATA區,是需要DPTR寄存器來輔助的。因為只有DPTR才能裝得下十六位的XDATA地址。

 

所以說,MCS-51讀寫IDATA區的速度是最快的,而且訪問方法也是最多的。訪問XDATA區的速度相對就要慢很多。MCS-51的堆棧要優先開辟在IDATA區中,并且在IDATA區中開辟的堆棧,可以使用棧指針寄存器SP來控制。如果棧實在太大,只能開辟在XDATA區中,那么CPU的SP寄存器就很難借力,只能由我們自己來構造堆棧結構和堆棧指針。既然外部程序空間和數據空間都是0-64K(0x0000-0xFFFF),那么我實際上可以為了省事/方便改寫程序等原因,外部的CODE和DATA就可以共用一個可擦寫存儲器了(比如各種RAM什么可擦可寫的)。比如系統有64K的外擴MEMORY,低32K我用作保存CODE,并讓單片機在這32K之中讀取程序運行,高32K我作為用戶數據的保存處,完全可以。只是此時本來完全獨立的CODE和DATA空間,因為在硬件芯片上共用了一個MEMORY,所以他們之間就可能互相影響了,程序就能自己改寫程序了。比如0x0020處是一個指令,我通過MOVX把0x0020處改寫了,那么再利用MOVC把0x0020處讀取出來,數據就和原來不一樣了。

 

易混淆的癥結在于,單片機存儲空間是一個邏輯上的概念,是人為劃分出來的兩個相互獨立的空間。而硬件電路上的MEMORY芯片則是現實中的概念,單片機的存儲空間最終會落實在電路層面的芯片上,所以邏輯上的存儲空間會因為物理上的電路連接而發生重疊。但是在邏輯層面上,這兩個空間還是完全獨立的。

 

附:各類存儲空間名稱的定義:

 

data:固定指前面0x00-0x7f的128個RAM,可以用a寄存器直接讀寫的,速度最快,生成的代碼也最小。

 

idata:固定指前面0x00-0xff的256個RAM,其中前128和data的128完全相同,只是因為訪問的方式不同。idata是用類似C中的指針方式訪問的。匯編中的語句為:mov ACC,@Rx.(不重要的補充:c中idata做指針式的訪問效果很好)xdata:外部擴展RAM,一般指外部0x0000-0xffff空間,用DPTR訪問。pdata:外部擴展RAM的低256個字節,地址出現在A0-A7的上時讀寫,用movx ACC,@Rx讀寫。這個比較特殊,而且C51好象有對此BUG, 建議少用。但也有他的優點,具體用法屬于中級問題,我不太會,所以這里不提。

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